國內卷鐵心變壓器發展概述

摘要：論文概述了國內卷鐵心變壓器技術的應用情況及新的發展動態，并就存在的問題進行總結、說明。在此基礎上，對卷鐵心變壓器的發展提出幾點看法。

關鍵詞：卷鐵心變壓器　硅鋼片　空載損耗

1　前言

我國農村電網具有負荷分散、季節性強、平均負荷率低的特點，在農網建設與改造中新裝和更換的配電變壓器，其技術先進性、適用性、運行可靠性與節能效果是變壓器運行和制造部門普遍關注的問題。近幾年，卷鐵心配電變壓器得到較快發展，已批量生產并有10000多臺掛網運行。關于卷鐵心配電變壓器的技術特點、結構特征、制造工藝與應用經濟性等等專題論文，也陸續見諸科技期刊。本文對國內卷鐵心變壓器技術的應用情況作些介紹，并就存在的問題進行總結與說明，對卷鐵心變壓器的發展提出幾點看法。

2　發展與應用概況

2.1　農網配電變壓器市場概述

我國是農業大國，80%的人口居住在農村，農村配電網占電網相當大的比例，隨著農村經濟的發展，農村用電量增長較快。統計資料表明，2000、2001、2002年底，全國農網僅縣及縣以下配電變壓器數量分別為324、348、376萬臺，年平均增加26萬臺。現在，配電變壓器平均單臺容量約125kVA。由于其數量巨大和空載損耗的固定性，使農村電網中選擇適用的節能變壓器意義重大。

2.2　卷鐵心變壓器的技術優勢

卷鐵心是用硅鋼片帶料，連續卷制成的封閉形鐵心，用其制造的卷鐵心變壓器有獨特的優勢。卷鐵心變壓器的制造工序主要有硅鋼片的縱剪、鐵心卷制、鐵心真空退火、線圈繞制、器身絕緣裝配、產品總裝配等。

卷鐵心變壓器按相數可分為三相卷鐵心變壓器和單相卷鐵心變壓器，卷鐵心的截面形狀分為矩形截面、階梯圓形截面、近似圓形截面R型等，按制造工藝不同卷鐵心可分為斷軛結構和不斷軛結構等。國內生產的卷鐵心變壓器以不斷軛結構的冷軋硅鋼片卷鐵心為主。

S11-M·R型卷鐵心變壓器適用范圍廣，性能水平與傳統的S9型疊片式鐵心變壓器相比，空載損耗平均降低30%、空載電流平均下降70%、噪音水平下降7～10dB，具有重量輕、體積小、機械和電氣性能優越等優點。

同國外同類產品空載損耗指標比較，比日本東芝變壓器降低39%、比意大利變壓器降低39.6%、比德國變壓器降低11.6%。因此，我國目前的S11卷鐵心變壓器空載損耗方面在國際上具有領先水平。

2.3　卷鐵心變壓器經濟、社會效益

S11-M·R型卷鐵心變壓器的價格高于S9變壓器，但運行費用節省。綜合計算表明，購置節能型卷鐵心變壓器替代普通變壓器的投資回收年限一般只需2～3年。廣泛應用，不僅可以為用戶帶來直接經濟效益，其節能相當于減少發電量，同時可使發電廠減少排放大量CO2、SO2和氮氧化物等，減輕對大氣的污染，具有良好的環境效益。

2.4　推廣應用

我國在20世紀60年代開始研制卷鐵心變壓器，限于當時材料和技術的原因，生產廠家和產品很少。到了20世紀80年代后期，國內的一些廠家才開始生產卷鐵心變壓器。

20世紀90年代中期以來，卷鐵心變壓器逐漸快速發展，到了商業化生產的階段。2000年，原國家電力公司農電工作部、成套設備部、電力機械局聯合召開了S11卷鐵心變壓器應用研討會，明確各地可根據實際情況推廣使用。2002年9月，原國家經貿委以國經貿廳電力［2002］122號文發出《關于在農村電網建設與改造工程中應積極推廣使用卷鐵心變壓器的通知》，要求在農村電網建設與改造工程中應積極推廣使用這一產品。2003年11月，中國電器工業協會關于變壓器行業發展的導向性意見中將配電變壓器向小型化、卷鐵心方向發展，作為國內變壓器行業技術發展方向之一。

卷鐵心變壓器的生產，目前我國主要集中在電壓等級10kV，容量一般在800kVA以下，較大容量1600kVA也有試制。全國現有卷鐵心變壓器生產廠200多家，形成一定的生產能力和實力的廠家約占總數的20%。全國卷鐵心變壓器的生產能力約為1600萬kVA，但實際產量較低。目前，電力部門采購的卷鐵心變壓器以315kVA及以下的容量居多。

3　不足與問題

在肯定卷鐵心變壓器技術優越性的同時，也必須看到其固有的不足與問題，這往往讓一些人忽略了。

3.1　產品鐵心結構方面

(1)　平面三相卷鐵心由于其結構因素，軛與柱的磁密不一致，中柱兩端的兩個三角區成為局部高磁密區。

(2)　鐵心三相間磁路長度不同，磁力線在內外框中的分布也不盡相同。內環和外環因磁路長短不同，外環磁阻大于內環磁阻，內環磁通密度比外環磁通密度高出10%左右。

(3)　三相鐵心每個柱中都會有三次諧波磁通。在三角區內，諧波分量相當高。一般三相卷鐵心變壓器的高壓聯結組為D接法。

上述弱點在小容量卷鐵心變壓器上(315kVA以下，特別是100kVA以下)，反映還不明顯，較大容量影響就大一些。

3.2　制造方面

(1)　專用設備：生產卷鐵心變壓器在鐵心卷制、退火、繞線時需用的專用設備及工裝、模具較多，要求嚴格，投入大，且效率相對較低。

(2)　退火：鐵心退火受退火設備、溫度、時間(升溫、保溫、降溫)、硅鋼片牌號及廠家裝爐量、鐵心直徑、爐內氣氛等因素影響較大，使鐵心損耗工藝系數分散性較大。退火耗電量大。

(3)　退火后工序較多：導致鐵心退火后又重新受力，鐵心空載損耗增加，使退火效果打了折扣。

3.3　使用與維護方面

產品一旦需要維修，對鐵心或繞組較為困難，這將給傳統的維護規程和觀念帶來變化。

以上問題和困難，亟待變壓器研究與制造部門進一步深入研究，多方努力，認真加以解決，但不影響現有產品的推廣使用。

4　技術與品種的新進展

隨著卷鐵心變壓器研究開發的不斷深入和發展，已派生出多種卷鐵心變壓器產品，如組合式卷鐵心變壓器、干式卷鐵心變壓器、地下式卷鐵心變壓器、高燃點油卷鐵心變壓器等等。

國內已研制出了立體組合的三角形卷鐵心變壓器，它采用三只相同的矩形半圓截面卷鐵心框組合而成，相鄰的兩個鐵心框的邊柱組成一相截面近似圓形的心柱，在結構上有一定的優越性。例如三相鐵心磁路對稱，可以節省材料，與傳統鐵心相比可以減輕一個軛重，但繞組繞制工藝較復雜，且有磁密不均的問題，比較適合于做容量較大的配電變壓器。

國產化的開口卷鐵心技術正在開發之中。這種技術成功后，將有利于大批量高效生產，并有利于產品性能均勻穩定。鐵心的填充系數高，退火后工序較少，繞線可單獨進行。產品分解修理也較簡單。

5　幾點看法

(1)　卷鐵心變壓器的推廣具有較好的效果和實用性。在現有技術水平條件下，三相卷鐵心變壓器選用的容量一般為315kVA及以下。單相卷鐵心變壓器比傳統的單項變壓器有明顯的優勢。

(2)　三相卷鐵心變壓器與三相疊鐵心變壓器相比，兩者沒有壓倒性的優勢，關鍵是各有各的適用范圍。

(3)　產品本身的結構都是服從于產品性能指標的，在選用產品時，宜規定指標，不宜限定其結構。

(4)　進口鐵心材料質量穩定，但價格高，迫切希望國內鋼鐵企業能提供高質量的硅鋼片材料，以利于產品推廣。

(5)　卷鐵心變壓器制造企業應繼續進一步進行開拓性研究，克服一系列技術問題，從推廣實踐中不斷完善提高。

(6)　某些地方存在招投標市場不規范和地方保護等問題，造成一些規模小、質量差企業的產品進入市場，不利于產品技術的規模化推廣。建議盡快加強監管。